Essas partículas hipotéticas podem viajar mais rápido que a velocidade da luz

Essas partículas hipotéticas podem viajar mais rápido que a velocidade da luz

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 25 de Novembro de 2021 às 08h49
twenty20photos/Envato

Desde a Teoria da Relatividade Geral, a velocidade da luz tem um valor fixo e é impossível ultrapassá-la, mas alguns cientistas discordam disso. Para eles, algumas partículas hipotéticas, como os táquions, poderiam viajar tão rápido que seria necessário muito esforço e energia para diminuir suas velocidades.

Qual é a velocidade da luz?

Antes de entender como os táquions poderiam ser mais rápidos que a luz — caso existam — e quais seriam as consequências disso no universo, é preciso rever alguns conceitos da Relatividade Geral de Albert Einstein. Afinal, foi a partir dela que a ideia dos táquions foi concebida.

De acordo com Einstein (e com os muitos experimentos que testaram sua teoria) a velocidade da luz é 299.792,458 km/s, não importa o referencial. Isso significa que se você estiver em uma nave quase à velocidade da luz e acender uma lanterna, o feixe de luz emitido por ela ainda estará à velocidade da luz em relação a você. Isso por si só já é incrível, mas não é tudo.

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A teoria de Einstein também nos mostra que o espaço e o tempo são uma única entidade, chamada simplesmente "espaço-tempo". Eles não podem ser separados, e isso implica que uma viagem pelo espaço também é uma viagem no tempo, e vice-versa. Isso cria alguns efeitos curiosos, que foram de fato confirmados pela ciência. Um desses efeitos é que o tempo passa mais rápido para uma pessoa parada, enquanto passa mais devagar para uma pessoa em movimento (simplificando bem).

Ilustração da sonda Probe B, da NASA, que comprovou a distorção do espaço-tempo na órbita da Terra (Imagem: Reprodução/NASA)

Em 1972, o físico Joseph C. Hafele e o astrônomo Richard E. Keating realizaram um teste para conferir se esse efeito é verdadeiro. Eles colocaram relógios atômicos em aviões a jato que circunavegaram a Terra em sentidos opostos. Ao final do experimento, os relógios nos dois aviões, e um terceiro relógio que permaneceu em Washington, mostraram diferenças da ordem de centenas de nanossegundos.

Outro efeito importante é que tudo o que afeta o espaço — como distorções causadas pela gravidade de um objeto massivo — também afetará o tempo. Por exemplo, a gravidade da Terra faz com que o espaço-tempo sofra um efeito de "arraste", comprovado pelo experimento da NASA com a sonda Probe B, em 2004.

Por fim, os físicos consideram impossível superar a velocidade da luz por um motivo simples: qualquer coisa com massa, mesmo as partículas como prótons, nêutrons e elétrons, teria que ganhar massa infinita para atingir a velocidade "proibida" da luz. O motivo é que à medida que se aproxima dessa velocidade, a massa de um objeto se torna quase infinita, assim como a energia necessária para acelerá-lo. E, também de acordo com Einstein, massa e energia são intrínsecos (os fótons de luz não têm massa).

Mas o que tudo isso tem a ver com os táquions? Bem, tudo — como veremos a seguir.

É possível viajar mais rápido que a velocidade da luz?

Ilustração de um astronauta viajando em uma nave à velocidade da luz (Imagem: Reprodução/NASA)

Oficialmente, não podemos viajar mais rápido que a luz, exceto partículas em um meio que não o vácuo, como a água. Mas há cientistas que decidiram propor algumas ideias que contrariam o postulado de Einstein, sem violar as leis da física conhecida — o que é importante quando se trata de uma hipótese científica. Esse é o caso dos proponentes dos táquions.

Apresentadas pela primeira vez em um artigo científico de 1967 intitulado "Possibilidade de partículas mais rápidas que a luz", pelo físico Gerald Feinberg, as partículas taquiônicas surgiriam de um campo quântico com “massa imaginária”, ou anti-massa. Por que isso é importante? Lembra que massa e energia são intrínsecos? Para superar a luz, é preciso funcionar "ao contrário".

Em termos mais simples, adicione energia e impulso em partículas comuns (prótons, nêutrons, elétrons, etc) e eles se aceleram. Adicione energia e impulso
em táquions, e eles diminuem a velocidade. Isso mesmo, para desacelerar uma matéria taquiônica, teríamos que aplicar energia. A velocidade da luz é o limite inferior de um táquion, isto é, eles jamais poderiam ser mais lentos que 299.792,458 km/s.

Se um táquion tiver energia zero, sua velocidade será infinita, e eles poderiam cruzar o universo instantaneamente. Tome como exemplo o gás — se ele for feito de bradions (o nome que a teoria dos táquions dá às partículas comuns), esfriará à medida que se expande e as partículas ficam mais lentas; mas um gás de tárquions aquece quando se expande e suas partículas aceleram, até chegar à velocidade infinita. Nesse ponto, eles deixam de existir.

Até hoje, os tárquions não foram detectados. Os físicos atribuem a isso algumas explicações, como o fato de ser impossível detectar algo tão rápido com nossos sensores, que operam dentro dos limites da velocidade da luz. Mas talvez haja maneiras de detectá-los, pois se eles têm "anti-massa", significa que ainda possuem alguma energia associada à massa.

Se for verdade, eles devem ter algum efeito gravitacional, então é possível que detectores altamente sensíveis possam encontrá-los. Outro método de detecção pode surgir de sua própria natureza mais rápida do que a luz, mas isso realmente estiver correto, essas partículas nos trariam algumas consequências... bizarras.

O que acontece quando se viaja mais rápido que a luz?

Se os táquions existirem, o universo pode se deparar com paradoxos tão complexos quanto o famoso paradoxo do avô — se um viajante do tempo voltar ao passado e matar seu avô, o viajante jamais poderia ter nascido. E, se ele não nasceu, sua viagem no tempo também não seria possível. Se ele não viajou no tempo, o avô não foi morto, então o viajante nasce. Então, ele viaja no tempo, e... bem, você já "pegou a ideia".

No caso dos táquions, o problema é parecido, porque, para alguns observadores, os táquions viajam para trás no tempo. Para exemplificar, as figuras abaixo mostram um tachyon em determinados eventos e observadores em diferentes pontos no espaço-tempo. O evento A é o envio de um sinal através de um táquion e o evento B é o recebimento desse sinal.

Se esse sinal estiver viajando à velocidade da luz, ou mais devagar, todos os observadores nos diferentes referenciais concordam que o evento A aconteceu antes de B. Mas, se esse sinal é transportado por um táquion e, portanto, se move mais rápido do que a luz, haverá quadros de referência que dizem que o sinal foi recebido antes de ser enviado. Assim, para um observador neste quadro, a partícula viajou para trás no tempo.

A animação ilustra a simultaneidade; as linhas brancas movem-se do passado para o futuro nos respectivos quadros (eixos de coordenados verdes), destacando os eventos que ocorrem neles (Imagem: Reprodução/Acdx/Relativity of Simultaneity Animation/Wikimedia Commons)

A imagem pode "enganar" seu julgamento e sugerir que a visão correta é no quadro em que a velocidade é menor que a da luz. Mas um dos postulados fundamentais da relatividade especial é que as leis da física devem ser as mesmas em todos os referenciais. Em outras palavras, todos os pontos de vista, independente de onde você esteja no espaço-tempo, são válidos. Se os táquions podem violar a causalidade e se mover para trás no tempo em relação a um referencial, ele pode fazê-lo em todos eles.

Outra maneira de ver o problema é com um táquion sendo emitido por um piloto de uma espaçonave, chamado Alberto, para um receptor na Terra, chamado Estevão. O sinal de táquion se moverá mais rápido que a luz no referencial de Alberto, mas retrocederá no tempo no referencial de Estevão. Então, Estevão envia uma resposta que se move mais rápido do que a luz em seu referencial, mas para trás no tempo no referencial de Alberto.

Nessa situação, Alberto poderia receber a resposta antes de enviar o sinal original. Se esse sinal de resposta disser "não envie nenhum sinal", Alberto obedecerá, não enviando. Assim, Estevão não receberia nada, e não teria nada para responder. Estevão nunca enviará o sinal que diz "não envie nenhum sinal", e os eventos se sucedem da mesma maneira que no paradoxo do avô.

Por enquanto, a luz é a velocista mais rápida do universo (Imagem: Reprodução/twenty20photos/Envato)

Portanto, os táquions não apenas violam a causalidade em todas as estruturas, mas também abrem a porta para graves paradoxos lógicos. Existem sugestões de como esses paradoxos podem ser evitados. O mais simples é que os táquions não existem, mas isso tira a graça da coisa. Então, podemos propor que os observadores em diferentes referenciais não podem dizer a diferença entre a emissão e a absorção dos táquions.

Outra sugestão é que os táquions não são como qualquer outra partícula que conhecemos e não interagem com nada, e nunca podem ser detectados ou observados (esperamos que seja verdade, pois assim poupamos os futuros alunos de física dos paradoxos causados por estas partículas, caso elas sejam comprovadas algum dia). Então, Alberto nunca poderia enviar um táquion para Estevão, pois não há como produzi-los ou controlá-los.

Fonte: Physical Review Letters, Via: Space.com

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